514651983机械设计毕业设计（论文）胎帽凸模的数控加工.doc

中南大学 2009届毕业“论文”设计题 目: 胎帽凸模的数控加工 学 院： 铁道学院 专 业： 机械设计及自动化 姓 名： 班 级： 机械设计自动化101班 指导教师： 设计地点： 中南大学 起止日期： 2011年1月20日2011年5月5日 目 录l 摘 要 3l ABSTRACT 4l 第一章 课题任务1.1课题的目的及意义 5 1.11课题的调研 5 1.12主要设计内容 51.2设计步骤 5 1.21查找资料 5 1.22设计方案 5 1.23确定工艺规程 6l 第二章 课题分析2.1加工零件分析 62.2凸模机械加工工艺过程分析 82.3数控加工工序分析 9 2.31数控加工顺序 9 2.32确定工序尺寸 10 2.33走刀路线的确定 102.4确定切削用量 16l 第三章 数控加工程序 163.1FANUC机床数据加工程序 163.2半精加工的数据程序16致 谢 20 附 录 21摘 要为了让数控技术、模具技术和CAD/CAM技术得到有机的结合，更好地掌握现代主流制造技术，并能学习模具的相关知识。更好的应用所学知识深入学习AutoCAD的平面绘图、UG立体造型与自动编程和数控加工工艺,掌握模具CAD/CAM数控技术。进行本次设计，所加工零件是胎帽的凸模，是铣削类加工的零件，单件生产，结构形状复杂，是适合数控铣削加工的一种典型零件该模具的数控加工工序可分为粗铣、半精铣、精铣、抛光等加工阶段。模具加工都是由数控机床完成复杂的外形及曲面的加工，对不 好加工的部位，只留少许余量，最后由钳工修整，这样不仅能保证工件的精度，同时也减少了人工劳动，更降低了成本。经调查，模具的一般加工工艺过程是：下料、锻造、退火、粗加工、半精加工、精加工、最终热处理（淬火、回 火）、钳工修理、抛光、渗氮（或氮碳共渗）装配。其中粗加工、半精加工和精加工多数工序由数控机床完成。本设计是为了让数控技术、模具技术和CAD/CAM技术得到有机的结合，更好地掌握现代主流制造技术，并能学习模具的相关知识。应用所学知识深入学习AutoCAD的平面绘图、UG立体造型与自动编程和数控加工工艺,掌握模具CAD/CAM数控技术。关键词：立体造型 自动编程 数控技术 数控机床 精加工ABSTRACT For making the number controlled technique, molding tool technique and CAD/the CAM technique get and organically combine and bitterly control a modern main current manufacturing technique, and can study the related knowledge of molding tool. The knowledge that better application learns goes deep into the flat surface painting of studying AutoCAD, the UG stereoscopic shape and automatically weaves distance and number to control to process a craft and controls molding tool CAD/the CAM number control a technique. Carry on this design, the spare parts processed is the convex mold of fetus hat, is a Xian to pare a type of the spare parts for processing, single piece production, structure shape complications, is suitable number control the Xian pares a kind of processed typical model spare parts that molding tool of the number control to process a work preface to is divided into thick Xian, the half Jing Xian, Jing Xian and throw light etc. process a stage. The molding tool processes all to control tool machine completion from the number complicated shape and processing of curved face, to not process of part, stays few amount of remaining, is finally fixed by bench work whole, can not only promise the accuracy of work piece, but also reduce an artificial labor in the meantime like this, lowered cost more. Through survey, the molding tool generally processes craft process BE: Next anticipate, forge, back fire, thick process, the half Jing processes, the Jing processes, the finally hot processing(Cui fire, return to fire), bench work fixes, throws light and ooze nitrogen(or nitrogen carbon totally ooze) assemble. Among them thick process, the half Jing process with Jing process majority of work prefaces is controlled tool machine completion by the number. This design for making the number controlled technique, molding tool technique and CAD/the CAM technique get to organically combine and bitterly control a modern main current manufacturing technique, and can study the related knowledge of molding tool. Apply the knowledge learned and go deep into the flat surface painting of studying AutoCAD, the UG stereoscopic shape and automatically weave distance and number and control and process a craft, control molding tool CAD the CAM number control a technique.key words: Stereoscopic shape Automatic plait distance The number controls a technique The number controls tool machine The Jing processes 第一章 课题任务1.1课题的目的与意义胎帽的数控加工制造是在数控技术的基础上加入模具CAD/CAM设计,让数控技术、模具技术和CAD/CAM技术得到有机的结合，更好地掌握现代主流制造技术，并能学习模具的相关知识。 应用所学知识深入学习AutoCAD的平面绘图、UG立体造型与自动编程和数控加工工艺,掌握模具CAD/CAM数控技术。1.11课题的调研目前工厂的模具加工都是由数控机床来完成复杂的外形及曲面的加工过程，对不好加工的部位，只留少许余量，最后由钳工进行修整，这样不仅能够保证工件的精度，同时也减少了人工劳动，更降低了成本。经过调查，模具的一般加工工艺过程是：下料、锻造、退火、粗加工、半精加工、精加工、最终热处理（淬火、回 火）、钳工修理、抛光、渗氮（或氮碳共渗）装配。其中粗加工、半精加工和精加工等多数工序由数控机床完成。1.12主要设计内容（1）编制零件机械加工工艺规程。（2）编制数控加工工艺。（3）使用UG软件绘制零件的三维图。（4）把零件的三维图转化为二维图。1.2 设计步骤1.21查找资料在图书馆和网上查阅有关CAD/CAM、数控编程和加工工艺方面的资料，熟悉AutoCAD和UG两种软件的使用方法和技巧。1.22设计方案胎帽外形曲面形状复杂，尤其上表面，故采用UG进行参数化设计,方便了模型的编辑和修改,减少一些不必要的重复工作。曲线曲面的几何造型是设计模具CAD/CAM的基础,在进行该选项前,应对模具的型面特征进行透彻的理解,选用合理的曲线曲面类型与造型方法,以使构造出来的曲线曲面符合实际要求。1.23 确定工艺规程（1）根据零件构造、形状、加工质量要求、加工数量、毛坯材料性质和具体工作条件，进行工艺分析，并根据生产条件及装备确定加工方法及加工方案。（2）确定一种简洁的加工工艺路线，以降低加工成本，提高加工质量与精度。（3）确定加工工序的数量、加工工序的顺序、工序的集中和组合优化，在保证质量前提下，尽量减少工序数量。（4）选择设备及工装（包括机床夹具、刀具和量具等）。（5）确定每个工序的加工用量和劳动工时定额。（6）确定关键工序和尺寸的检查及验收方法。铸件模具的加工工艺流程如下。锻造退火粗加工半精加工精加工最终热处理（淬火、回火）钳修渗氮装配。根据加工工序规程，采用AutoCAD和UG进行平面、立体模型的造型过程，编制和优化刀具路径，并进行相应数控系统的后处理。第二章 课题分析2.1加工零件分析所加工零件是胎帽的凸模，是铣削类加工的零件，单件生产，结构形状复杂，是适合数控铣削加工的一种典型零件。胎帽零件的设计简图，如图612 所示。图612 胎帽零件设计简图由零件的简图可知，该零件形状复杂，较难用一般的平面CAD软件来绘制，相对应的模具型腔表面也较复杂，采用纯手工制作比较繁，因此采用三维软件来生成零件图，同时利用三维软件的分型功能，生成上下模具，然后利用自动编程软件，对生成的凸模型腔面进行自动编程，再把程序输入数控机床，进行加工，基本达到型面要求，最后进行钳工修模、配模。这样加工过程相对要简单很多，而且效率较高。通过UG造型获得零件三维立体图形,如图613所示。用UG的模具设计功能对已造型好的胎帽零件进行分模，获得图614所示的胎帽凸模造型。 图613 零件三维图 图614 胎帽凸模造型2.2凸模机械加工工艺过程分析1.结构分析如图614所示，胎帽的凸模零件由圆柱面、圆孔、球面、曲面、沟槽、平面等构成。2 精度分析由于胎帽的表面粗糙度要求比较高（1.6），所以胎帽凸模上重要表面的粗糙度要求更高。胎帽的材料为工程塑料，考虑到塑料的伸缩率为0.5mm0.6mm，所以仅用数控机床加工的曲面表面粗糙度很难达到要求，需要模具钳工对模具进行抛光修模，同时模具的拐角部分用数控机床的刀具很难完全加工，还需要用电极进行特种加工，所以数控铣床精加工时需留0.020.05mm的加工余量给钳工进行抛光等后续处理。3 定位基准选择由于胎帽的凸模是单件生产，不便于设计专用夹具，所以选用毛坯底面钻孔攻螺纹吊工装板作为夹具，以底面和压板作为定位基准，板料底面约束工件Z轴,移动X、Y 轴旋转三个自由度，后表面约束Y轴、移动Z轴旋转两个自由度。X 轴移动作为对刀自由度。4 工艺方案拟定通过查阅数控加工工艺教科书和操作加工的实习经验，得出各部位的加工方案如下。底面：粗铣精铣；曲面：粗铣半精铣精铣；孔：钻扩；槽：粗铣电脉冲。在上述分析的基础上编写相应的机械加工工艺过程卡片，具体卡片见附表61。2.3数控加工工序分析2.31数控加工顺序该模具的数控加工工序可分为粗铣、半精铣、精铣、抛光等加工阶段，根据先粗后精原则，具体分析如下。1. 粗铣加工加工内容是粗铣模具表面，由于模具的造型比较复杂，采用UGCAM对加工 的模具进行编程,对模具进行加工,整个零件留0.8mm的余量,此次粗加工分三步进行。第一次粗加工选用35、R5的圆鼻刀，其切削量比较大，能够满足粗加工的要求，去除大量的加工余量；第二次粗加工用的是16、R0.8的立铣刀，加工的部位是第一把刀加工的残余部分，为后面的半精加工做好准备；第三把刀选用的是8的端面立铣刀，加工的部位是前两步加工不到的小的部位。2. 半精铣加工加工内容与粗铣类似，整个零件留0.3mm的余量，此部分加工分四次。由先面后孔的原则先加工所有的球面和曲面，选用10、R5的球刀；再加工台阶平面和十个圆腔底面及侧面，选用20平底立铣刀；再加工四个小的圆腔底面及侧面，选用8平底立铣刀。3. 精铣加工加工内容是整个模具。除了部分球面留0.05mm的余量给模具钳工进行抛光等后处理，其余的地方不留余量。4.电脉冲加工加工内容是数控机床加工不到的部分拐角，所有的沟槽用电脉冲进行加工。5. 抛光加工内容是用数控机床加工的部分表面粗糙度达不到要求的球面。2.32确定工序尺寸因为用UGCAM对模具进行编程,然后对其进行加工,所以工序尺寸由UG软件控制。粗加工留0.5mm的加工余量，半精加工留0.2mm的加工余量，精 加工时曲面留0.02mm的加工余量给钳工进行抛光、修配等后处理，底面、平面、圆台侧面、圆腔侧面不留加工余量。2.33走刀路线的确定如图615所示为底面粗加工的第一步加工的走刀路线，因为是粗加工，主 要目的是去除大量的余量，所以选用面铣削。选用120的面铣刀，步距为刀具直径的80%，即为96mm，加工余量为0.3mm。根据台湾豪力辉工业股份有限公司提供的刀具推荐切削参数，每次下刀1mm，S=1500r/min，F=2000mm/min。因为加工的部位是面，所以选择“Z”形走刀路线，可以高效率铣削工件。图6-16所示为底面精加工的走刀路线,选用120的面铣刀,加工余量为0.3mm。取切削参数：S=1500r/min，F=2000mm/min。选择“Z”形走刀路线，可以高效率铣削工件。图6-17（a）、（b）、（c）、（d）所示为面具上表面粗加工的第一步加工的走刀路线，选用35、R5的圆鼻刀，步距为刀具直径的80%，为28mm，加工余量为0.8mm。取切削参数：每次下刀0.5mm，为减少抬刀次数，提高加工效率，走刀路线选择跟随工件周边切削。图618所示为粗加工的第二步加工的走刀路线，选用16、R0.8的立铣刀，步距为恒定的0.5mm，加工余量为0.8mm。取切削参数：每次下刀0.5mm，S=2000r/min，F=2500mm/min,走刀路径是跟随上一把刀具的残留加工。图615底面粗加工走刀路线 图616底面精加工走刀路线 图6-17面具上表面第一步走刀路线图619所示为粗加工的第三步加工的走刀路线，选用端面立铣刀，步距为恒 定的0.5mm，加工余量为0.8mm。取切削参数：每次下刀0.25mm，S=2000r/min,F=2000mm/min,走刀路径是跟随上一把刀具的残留加工。 图6-18粗加工第二部的走刀路线 图6-19粗加工第三部加工的走刀路线图6-20 半精加工底面和圆腔侧壁图620（a）、（b）所示为半精加工的第一步加工的走刀路线，选用20端面的立铣刀，步距为恒定的16mm，加工余量为0.3mm。取切削参数：每次下刀0.25mm，S=3000r/min,F=2500mm/min。因为加工圆腔的侧壁和底面，所以选用平面铣削进行走刀。因为半精加工主要目的是给精加工留一点余量，根据加工的部位选用平面铣削，为减少抬刀次数，提高加工效率，走刀路线选择跟随工件周边切削。图621所示为半精加工的第二步加工的走刀路线，选用10、R5球刀，步距为恒定的0.5mm，加工余量为0.3mm。取切削参数：每次下刀0.25mm,S=3000r/min,F=1500mm/min。因为加工的是所有曲面，所以选区域铣削进行走刀。根据加工的部位选用区域铣削，为了使表面尽量光滑，走刀路线与X轴成135°角。图622所示为半精加工第三步加工的走刀路线，选用20端面立铣刀，步 距为恒定的0.5mm，加工留的余量为0.3 mm。.取切削参数:每次下刀0.25 mm,S=3000r/min,F=2500/min。因为加工的部位是圆台的侧壁，为提高表面粗糙度和使加工余量均匀，所以选用陡峭壁轮廓铣削进行走刀。 图6-21半精加工第二步加工的走刀路线 图6-22半精加工第三步圆台的侧壁铣削图6-23所示为半精加工第四步加工的走刀路线，选用8端面立铣刀，加工留的余量为0.3mm。取切削参数：每次下刀0.25mm，S=1500r/min,F=1500mm/min,因为加工的是小圆腔的侧壁和底面(如图6-24所示），所以选用陡峭壁轮廓铣削进行走刀。图6-23半精加工第四步加工的走刀路线 图6-24局部放大图图6-25（a）、（b）所示为面精加工的第一步加工的走刀路线，选用20端面的立铣刀，步距为恒定的16mm。取切削参数：每次下刀0.2mm，S=3000r/min,F=2000mm/min。因为加工圆腔的侧壁和底面，所以选用平面铣削进行走刀。 图 6-25 精加工第一步走刀路线 图6-26 所示为精加工第二步加工的走刀路线，选用6、R3球刀，步距为恒定的0.2mm。取切削参数：每次下刀0.25mm，S=3000r/min,F=1500min/min。 因为加工的是所有曲面，所以选区域铣削进行走刀。 图6-26精加工第二部走刀路线 图6-27精加工第三步走刀路线 图6-27所示为精加工第三步加工的走刀路线，选用20端面立铣刀，步 距为恒定的0.5mm,加工余量为0.3mm。取切削参数：每次下刀0.25mm， S=3000r/min，F=2500mm/min。因为加工的是圆台的侧壁（如图6-28所示），所以选用陡峭壁轮廓铣削进行走刀。图6-29为精加工第四步加工的走刀路线，选用8端面立铣刀，加工余量为0.3mm。取切削参数：每次下刀0.25mm，S=1500r/min，F=1500mm/min。因 为 加 工 的 是 小 圆 腔 的侧壁和底面，所以选用陡峭壁轮廓铣削进行走刀。 图6-28 局部放大图 图6-29精加工第四步走刀路线2.4确定切削用量1. 粗铣加工所用刀具为T01，圆鼻刀，刀具直径35，型号是,CRT-6R35X200，刀齿数为3，加工余量为0.5mm。因为加工量比较大，所以要几次走刀才能切除全部余量，背吃刀量为0.5mm。对于平底立铣刀铣平面，选择刀具重合度为80%，即行距为26mm。根据FANUC数控铣床加工中心说明书查得，硬质合金刀片每齿进给量为0.07mm，又因为表面粗糙度要求不高，切削速度取50m/min，因此S=1000X50/X35=537r/min。2.精铣轮廓各工序参见表64。第三章 数控加工程序3.1FANUC机床数据加工程序：根据数控加工工序卡和进给路线，编写数控加工程序，所选机床系统为FANUC系统3.2半精加工的数据程序： 谢 辞通过为期十四周的毕业设计,使我收获了很多东西。不但学到了很多有用的知识，还学到很多从书本上无法学习到的东西，像编程经验、调错能力、理论与实际相结合、独立动手能力等等，既开阔了视野，增长了知识，又锻炼了自己，同时也认识到了自己的不足。通过一段时间的努力终于克服了困难，拿出了自己的作品。发现知识的增长果然是个艰苦的过程。指导老师何玉辉老师给予了我悉心的指导，在整个毕业设计的过程中，何老师从方方面面都给予帮助和支持。从毕业设计任务的提出到最终论文的审阅批改，在每一细节上，何老师都细心的指导，设计中遇到的许多问题，也是在何老师的帮助下得以解决，使我的毕业设计能够顺利完成。在此表示衷心的感谢。所有老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；他们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。同时也非常感谢的几位同学，他们同样给予了我很大的帮助。在这里对所有帮助过我的人报以最真挚的感谢！参 考 文 献1 机械加工实用手册编写组.机械加工实用手册.北京:机械工业出版社,19972 赵长明.机械加工工艺及装备.北京:机械工业出版社,19983 黄卫.数控技术与编程.北京:机械工业出版社,20054 美国可切削性数据中心.机械加工切削数据手册.北京:机械工业出版社,19895赵如福.金属机械加工工艺人员手册(第4版).上海:上海科学技术出版社，20066杨黎明.刀具设计手册.北京:兵器工业出版社,19997张耀宸,马占永.机械加工工艺设计实用手册.北京:航空工业出版社,19938陈宏钧.实用机械加工工艺手册.北京:机械工业出版社,2004